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論文

Status of neutron spectrometers at J-PARC

梶本 亮一; 横尾 哲也*; 中村 充孝; 川北 至信; 松浦 直人*; 遠藤 仁*; 瀬戸 秀紀*; 伊藤 晋一*; 中島 健次; 河村 聖子

Physica B; Condensed Matter, 562, p.148 - 154, 2019/06

Seven time-of-flight quasielastic/inelastic neutron scattering instruments are installed on six beamlines in the Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) at the Japan Proton Accelerator Research Complex (JPARC). Four of these instruments are chopper-type direct-geometry spectrometers, one is a near-backscattering indirect-geometry spectrometer, and the other two are spin-echo-type spectrometers. This paper reviews the characteristic features, recent scientific outcomes, and progress in development of MLF spectrometers.

論文

A Telescoping view of solute architectures in a complex fluid system

元川 竜平; 小林 徹; 遠藤 仁; Mu, J.*; Williams, C. D.*; Masters, A. J.*; Antonio, M. R.*; Heller, W. T.*; 長尾 道弘*

ACS Central Science, 5(1), p.85 - 96, 2019/01

We present a hierarchical aggregate model of an organic phase containing a coordination species that acts as a fundamental building unit of higher-order structures formed in the organic phase. We aimed to elucidate the fundamental aspects of the microscopic structure and phase separation occurring in ionic separation and recovery systems during solvent extraction. The coordination species aggregate through a hydrogen-bonding network formed by interaction between the hydrophilic part of the coordination species with extracted water and acid molecules. This reduces the hydrophilic surface area, resulting in subsequent formation of small primal clusters of 2 to 3 nm in diameter. The primal clusters further aggregate due to van der Waals interaction to form large aggregates of $$<$$ 10 nm in diameter. The size of the primal cluster does not depend on the concentration of the coordination species, whereas the size of the large aggregate increases as the aggregation number of the primal clusters increases. We conclude that hybrid interaction is a key driving force in the formation and growth of the hierarchical aggregate and the induction of phase separation of the organic phase.

論文

Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) at the Japan Proton Accelerator Research Complex, 2; Neutron scattering instruments

中島 健次; 川北 至信; 伊藤 晋一*; 阿部 淳*; 相澤 一也; 青木 裕之; 遠藤 仁*; 藤田 全基*; 舟越 賢一*; Gong, W.*; et al.

Quantum Beam Science (Internet), 1(3), p.9_1 - 9_59, 2017/12

J-PARC物質・生命科学実験施設の中性子実験装置についてのレビューである。物質・生命科学実験施設には23の中性子ビームポートがあり21台の装置が設置されている。それらは、J-PARCの高性能な中性子源と最新の技術を組み合わせた世界屈指の実験装置群である。このレビューでは、装置性能や典型的な成果等について概観する。

論文

Inelastic and quasi-elastic neutron scattering spectrometers in J-PARC

瀬戸 秀紀; 伊藤 晋一; 横尾 哲也*; 遠藤 仁*; 中島 健次; 柴田 薫; 梶本 亮一; 河村 聖子; 中村 充孝; 川北 至信; et al.

Biochimica et Biophysica Acta; General Subjects, 1861(1), p.3651 - 3660, 2017/01

 被引用回数:12 パーセンタイル:10.37(Biochemistry & Molecular Biology)

1MWクラスのパルス中性子源であるJ-PARCの物質・生命科学実験施設には、23の中性子ビームラインがあり、21台の装置が稼働、建設中である。このうち6台は中性子非弾性、及び、準弾性実験のための装置であり、生命科学研究に大いに寄与するものである。

論文

Nanoscopic structural investigation of physically cross-linked nanogels formed from self-associating polymers

関根 由莉奈; 遠藤 仁*; 岩瀬 裕希*; 竹田 茂生*; 向井 貞篤*; 深澤 裕; Littrell, K. C.*; 佐々木 善浩*; 秋吉 一成*

Journal of Physical Chemistry B, 120(46), p.11996 - 12002, 2016/11

 被引用回数:6 パーセンタイル:61.76(Chemistry, Physical)

コントラスト変調中性子小角散乱法を用いてコレステロール置換プルラン(CHP)が形成するナノゲルの内部微細構造の評価を行った。溶媒の重水分率の異なるCHPナノゲル水溶液の散乱強度を分離してCHPナノゲルを構成するプルラン、コレステロール、プルランーコレステロールのcross-termの部分散乱関数を求めて解析を行った。結果、プルラン鎖が形成するナノゲル骨格は半径8.1nmの大きさであった。また、CHPナノゲル内において、約3個のコレステロール分子から成る架橋点が19個形成され、フラクタル次元2.6で分布していることを明らかにした。また、架橋点と高分子鎖のcross-termを解析したところ、部分鎖の大きさは半径約1.7nmであった。以上の結果より、ナノゲルの内部微細構造を明らかにした。

論文

Small-angle neutron scattering study of specific interaction and coordination structure formed by mono-acetyl-substituted dibenzo-20-crown-6-ether and cesium ions

元川 竜平; 小林 徹; 遠藤 仁*; 池田 隆司; 矢板 毅; 鈴木 伸一; 成田 弘一*; 阿久津 和宏*; Heller, W. T.*

Journal of Nuclear Science and Technology, 53(8), p.1205 - 1211, 2016/08

 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

This study uses small-angle neutron scattering (SANS) to elucidate the coordination structure of the complex of mono-acetyl substituted dibenzo-20-crown-6-ether (ace-DB20C6) with Cs. SANS profiles obtained for the complex of ace-DB20C6 and Cs (ace-DB20C6/Cs) in deuterated dimethyl sulfoxide indicated that Cs coordination resulted in a more compact structure than the free ace-DB20C6. The data were fit well with SANS profiles calculated using Debye function for scattering on an absolute scattering intensity scale. For this theoretical calculation of the scattering profiles, the coordination structure proposed based on a density functional theory calculation. Consequently, we conclude that the SANS analysis experimentally supports the proposed coordination structure of ace-DB20C6/Cs and suggests the following: (1) the complex of ace-DB20C6 and Cs is formed with an ace-DB20C6/Cs molar ratio of 1/1; (2) the two benzene rings of ace-DB20C6 fold around Cs above the center of the crown ether ring of ace-DB20C6.

論文

Neutron polarization analysis for biphasic solvent extraction systems

元川 竜平; 遠藤 仁*; 長尾 道弘*; Heller, W. T.*

Solvent Extraction and Ion Exchange, 34(5), p.399 - 406, 2016/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:80.3(Chemistry, Multidisciplinary)

We performed neutron polarization analysis (NPA) of extracted organic phases containing complexes, comprised of Zr(NO$$_{3}$$)$$_{4}$$ and tri-n-butyl phosphate (TBP), which enabled decomposition of the intensity distribution of small-angle neutron scattering (SANS) into the coherent and incoherent scattering components. The coherent scattering intensity, containing structural information, and the incoherent scattering compete over a wide range of magnitude of scattering vector, $$q$$, specifically when $$q$$ is larger than $$q$$ $$approx$$ 1/$$R_{rm g}$$, where $$R_{rm g}$$ is the radius of gyration of scatterer. Therefore, it is important to determine the incoherent scattering intensity exactly to perform an accurate structural analysis from SANS data when $$R_{rm g}$$ is small, such as the aforementioned extracted coordination species. Although NPA is the best method for evaluating the incoherent scattering component for accurately determining the coherent scattering in SANS, this method is not used frequently in SANS data analysis because it is technically challenging. In this study, we successfully demonstrated that experimental determination of the incoherent scattering using NPA is suitable for sample systems containing a small scatterer with a weak coherent scattering intensity, such as extracted complexes in biphasic solvent extraction system.

論文

Mesoscopic structures of vermiculite and weathered biotite clays in suspension with and without cesium ions

元川 竜平; 遠藤 仁*; 横山 信吾*; 小川 紘樹*; 小林 徹; 鈴木 伸一; 矢板 毅

Langmuir, 30(50), p.15127 - 15134, 2014/12

 被引用回数:11 パーセンタイル:46.5(Chemistry, Multidisciplinary)

The effect of cesium (Cs) adsorption on the mesoscopic structure of the clay minerals vermiculite and weathered biotite (WB) in suspensions was elucidated by small-angle X-ray scattering (SAXS). The clay minerals form multilayered structures and the Cs cations are strongly adsorbed in the interlayer space of the soil clays, in particular vermiculite and WB. SAXS was used to monitor the relationship between Cs adsorption at the clay interlayers and the structural changes at length scales from 0.1 to 100 nm. The variation in the distance between the neighboring clay sheets and the spatial arrangement of the clay sheets with and without Cs were clarified. Our quantitative analyses revealed that the number of stacked layers of pure vermiculite was decreased by Cs addition, whereas that of WB increased. Moreover, the average distance between the neighboring layers of vermiculite in suspension was larger than that of WB, which reflects the different conditions of Cs intercalation. These findings provide fundamental insights that are important for predicting the environmental fate of radioactive cesium in contaminated regions and for developing methods for extracting cesium from soil.

論文

Collective structural changes in vermiculite clay suspensions induced by cesium ions

元川 竜平; 遠藤 仁*; 横山 信吾*; 西辻 祥太郎*; 小林 徹; 鈴木 伸一; 矢板 毅

Scientific Reports (Internet), 4, p.6585_1 - 6585_6, 2014/10

 被引用回数:19 パーセンタイル:25.77(Multidisciplinary Sciences)

Following the Fukushima Daiichi nuclear disaster in 2011, Cs radioisotopes have been dispersed over a wide area. Most of the Cs has remained on the surface of the soil because Cs is strongly adsorbed in the interlayer spaces of soil clays, particularly vermiculite. We have investigated the microscopic structure of an aqueous suspension of vermiculite clay over a wide length scale (0.1-100 nm) by small-angle X-ray scattering. We determined the effect of the adsorption behavior of Cs on the structural changes in the clay. It was found that the abruption of the clay sheets was induced by the localization of Cs at the interlayer. This work provides important information for predicting the environmental fate of radioactive Cs in polluted areas, and for developing methods to extract Cs from the soil and reduce radioactivity.

論文

Dynamics of polystyrene in a theta solvent investigated by neutron spin echo

遠藤 仁

Journal of the Physical Society of Japan, 82(Suppl.A), p.SA014_1 - SA014_6, 2013/01

 被引用回数:1 パーセンタイル:84.55(Physics, Multidisciplinary)

中性子スピンエコー法を用い、$$theta$$溶媒中のポリスチレンのダイナミクスを検証した。最長50ナノ秒までの中間相関関数を観測し、ガウス近似に流体力学的相互作用を考慮したZimm理論と定量的に比較した。その結果、実験結果は散乱ベクトル$$Q$$の小さい領域($$Qtimes b<1$$$$b$$はボンド長)でしかZimm理論と一致せず、$$Q$$の値が大きくなるにつれて徐々に理論から外れていくことが判明した。そのずれは、実験における$$Q$$の最大値(0.1$${rm AA}^{-1}$$)で、減衰係数で比較して約半分であった。

論文

中性子小角散乱; 応用編

遠藤 仁; 杉山 正明*; 井上 倫太郎*

波紋, 22(3), p.258 - 267, 2012/08

中性子小角散乱法を用いたタンパク質の高次構造解析法及び中性子スピンエコー法を用いたタンパク質のダイナミクス解析に関して、著者らの最新の研究例を用いて解説した。例として、「タンパク質ミネラル複合粒子の微細構造解析」、「重水素化タンパク質を用いたSubunitの交換現象の解析」、「ホスホグリセリン酸キナーゼの内部運動解析」の3つの研究成果を用いた。

論文

Mass production results of superconducting cables for CS and EF coils of JT-60SA

杉本 昌弘*; 小杉 恵三*; 片山 功多*; 伊井 秀樹*; 高木 亮*; 遠藤 壮*; 清水 仁司*; 坪内 宏和*; 木津 要; 吉田 清

Proceedings of 24th International Cryogenic Engineering Conference (ICEC 24) and International Cryogenic Materials Conference 2012 (ICMC 2012) (CD-ROM), p.799 - 802, 2012/05

JT-60SAの中心ソレノイド(CS)と平衡磁場(EF)コイル用の3種類の超伝導撚線の量産が完遂した。製作した超伝導素線の低温特性は十分に要求性能を満足するもので、かつ、その特性のばらつきは小さく、高い生産上の歩留まりも達成した。EF撚線に施されたニッケルめっきは素線間の摩擦がクロムめっきのCS撚線に比べ大きいことが見いだされ、初期には撚線中の断線が生じた。結果として、新規に開発した検査装置を用いた撚線手法は、撚線製作性を飛躍的に向上させ、品質保証に対しても効果的であった。

論文

中性子スピンエコー法を用いたソフトマターのダイナミクス研究

遠藤 仁

高分子, 60(4), p.193 - 194, 2011/04

中性子スピンエコー(NSE)法は、高分子等に代表されるソフトマターのダイナミクスを研究するうえで極めて有用な実験手法である。本レビューではNSE法とその研究への適用例を解説し、日本唯一のNSE分光器であるiNSE分光器について紹介する。

論文

中性子スピンエコー法の多成分系への応用

遠藤 仁

波紋, 21(1), p.50 - 54, 2011/02

中性子スピンエコー法を用いた多成分系ダイナミクスの研究に関して概説する。具体的に、コントラスト変調中性子スピンエコー法を用いたポリロタキサンのダイナミクスの研究例について解説する。また、日本で唯一の中性子スピンエコー分光器であるiNSEの現状についても簡単に述べる。

論文

The Static structure of polyrotaxane in solution investigated by contrast variation small-angle neutron scattering

遠藤 仁; 眞弓 皓一*; 大坂 昇*; 伊藤 耕三*; 柴山 充弘*

Polymer Journal, 43(2), p.155 - 163, 2011/02

 被引用回数:5 パーセンタイル:75.72(Polymer Science)

ポリロタキサンは複数の環状分子が軸となる線状の高分子に連なった「超分子構造」を有する。本研究では、良溶媒に溶解したポリロタキサンの静的構造をコントラスト変調中性子小角散乱法を用いて決定した。研究においては、軸分子の形態を決定するとともに、新たに導いた散乱理論を駆使することで、軸分子上での環状分子の分布を定量的に評価した。その結果、環状分子の分布がほぼランダムであることを決定し、さらにポリロタキサンの形態と環状分子の配列エントロピーの関係に関して考察した。

論文

Selective separation of heat-generating nuclide by silica gels loaded with ammonium molybdophosphate; Adv.-ORIENT cycle development

遠藤 祐介*; Wu, Y.*; 三村 均*; 新堀 雄一*; 小山 真一; 大西 貴士; 大林 弘; 山岸 功; 小澤 正基

Proceedings of International Conference on Advanced Nuclear Fuel Cycle; Sustainable Options & Industrial Perspectives (Global 2009) (CD-ROM), p.1007 - 1015, 2009/09

高速炉を機軸とする新しい燃料サイクルの開発を目指した先進オリエントサイクル開発の一環として、発熱元素Csを分離するための複合吸着剤(モリブドリン酸アンモニウム担持シリカゲル,AMP-SG)を複数の方法で調製し、吸着溶離試験を実施した。AMP-SG複合吸着剤は、高レベル廃液相当の2$$sim$$3M HNO$$_{3}$$溶液においても10$$^{3}$$cm$$^{3}$$/g以上の高いCs分配係数を示した。Cs吸着等温線はラングミュア式に従い、この式から求めた最大吸着量は0.24mmol/gであった。アンモニウム塩溶液はCsの回収及び吸着剤再生に有効な溶離剤であり、カラムに吸着したCsの94%を5M NH$$_{4}$$NO$$_{3}$$-1M HNO$$_{3}$$溶液で溶離できた。硝酸-硝酸アンモニウム混合液を用いたクロマトグラフィでは、同族元素であるCsとRbを高純度で分離できることを確認した。

口頭

モリブドリン酸アンモニウム担持シリカゲルによるCsの選択的分離

遠藤 祐介*; Wu, Y.*; 三村 均*; 新堀 雄一*; 山岸 功; 小山 真一; 大西 貴士; 小澤 正基

no journal, , 

高速炉を機軸とする新しい燃料サイクルの開発を目指した先進オリエントサイクル開発の一環として、発熱元素であるCsをモリブドリン酸アンモニウム担持シリカゲル(AMP-SG)により吸着分離する試験を実施した。AMP-SGに対するCsの吸着率は、2M硝酸濃度の多成分模擬高レベル廃液において99%以上という高い値を示し、高速実験炉・常陽の照射燃料から調製した実高レベル放射性廃液に対しても96%のCsを選択的に吸着できることを確認した。

口頭

Measurements of motions of actin by neutron spin-echo spectroscopy

藤原 悟; 松本 富美子; 中川 洋; 遠藤 仁*; 小田 俊郎*

no journal, , 

F-アクチンの細胞運動や輸送等にかかわる実に多様な機能を可能とするF-アクチンの柔らかさの起源を解明し、機能多様性の分子機構を明らかにするための第一段階として、さまざまな時空間階層における運動モードのうち、ピコ$$sim$$ナノ秒領域におけるアクチンのダイナミクスの測定を行った。東京大学物性研究所所有の中性子スピンエコー分光器(iNSE)を用いて、時間領域30ナノ秒までのQ-領域0.03$$sim$$0.2$AA$^{-1}$$の中性子スピンエコー測定を、F-アクチン溶液及びその対照としての単量体G-アクチン溶液のそれぞれについて行った。この時空間領域は、蛋白質の並進拡散や蛋白質内ドメインの運動などの起こる領域に対応し、中性子スピンエコー法によってのみ測定可能な時空領域である。得られた中間関数から、F-アクチン及びG-アクチンのいずれも単一の緩和過程で記述できることが示された。そして、緩和の早さ、すなわち(みかけの)拡散係数がF-アクチンの方が小さくなることが明らかとなった。G-アクチン及びF-アクチンのいずれも、単純な溶液中の自由併進拡散のみでなく、内部運動が影響していることが示唆された。

口頭

Structure and dynamics of supramolecules investigated by contrast variation neutron scattering

遠藤 仁

no journal, , 

ポリロタキサン(PR)とは、超分子の一種で、直鎖高分子を環状分子が貫いた構造を持つ。本研究においては、直鎖高分子としてポリエチレンオキサイド(PEG)を、環状分子として$$alpha$$シクロデキストリン($$alpha$$CD)を用いたPRに対してコントラスト変調中性子散乱法を適用し、その構造を中性子小角散乱によって、ダイナミクスを中性子スピンエコー法によって決定した。中性子を散乱のプローブとして用いた場合、重水素と軽水素との散乱コントラストの差を利用したコントラスト変調実験が容易に実現できる。本研究では、PEG及びCDを部分重水素化することで、PRの軸の部分(重水素化$$alpha$$CDと軽水素化PEGの組合せ)あるいは環状分子部分(軽水素化$$alpha$$CDと重水素化PEGの組合せ)だけの散乱シグナルを観測した。さらに軸部分も環状分子部分も軽水素化した試料からの散乱シグナルを加えることで、軸部分と環状分子との交差相関関数を抽出し、その構造とダイナミクスの詳細を検証した。

口頭

生体保護物質トレハロースが脂質膜の構造と揺らぎに与える影響

増井 友美; 藤原 悟; 遠藤 仁; 中川 洋; 片岡 幹雄

no journal, , 

水は生命機能に不可欠であり生物は乾燥状態になると死に至る。一方、乾燥耐性生物は乾燥条件下で生命機能を保持し水に戻すことで蘇生する。乾燥耐性生物は乾燥条件で体内に多量のトレハロースを蓄積することが特徴としトレハロースと乾燥耐性との関係を示唆する。本研究では、トレハロースが生体膜に及ぼす影響を調べるために生体膜の主要構成成分であるジパルミトイルフォスファチジルコリン(DPPC)を用い、トレハロースが脂質膜の構造と揺らぎに与える影響を広角X線散乱法と中性子スピンエコー法を用いて調べた。広角X線散乱測定を行った結果、脂質膜内のDPPC分子のアルキル鎖間の距離を反映する回折ピークは、トレハロース濃度の増大によっても変化しないことがわかった。これは、脂質二分子膜内での脂質分子の配列秩序に変化がないことを意味する。一方、中性子スピンエコー法を用いて脂質膜の曲げ弾性率の変化を調べた結果、トレハロース添加によって膜の曲げ弾性率は低下し、膜の柔軟性を向上することが明らかとなった。糖を添加した脂質膜では脂質のゲル・液晶相転移温度が低下することから、転移温度の低下と膜の柔軟性の向上がお互いに関係すると考えられる。

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